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站在相对论的角度看宇宙

2000-05-24 来源:中华读书报 ——谈莫必斯大奖赛教育奖作品《宇宙之谜》 我有话说

浩瀚星空、神秘天体……这是科普类电视和光盘制作的热门选题。例如金洪恩的《天问》,就采用丰富的图片资料,其中包括许多太空望远镜拍摄到的天体照片,生动地揭开了太阳系的九大行星,直到河外星系的神秘面纱,讲述了天空中一个个星座的神话故事。

我们试图换一个视角,一个现代科学的视角,从相对论的角度出发来观察宇宙,认识宇宙。在《宇宙之谜》这部光盘中,展现的是一个动态的宇宙。它讲述了宇宙的诞生,也预言了宇宙的归宿,还有那奇特傲慢的光速和神秘莫测的“黑洞”;在这个宇宙中,时间会变慢,空间会弯曲。这个理论还声称,在我们生活的宇宙之外,还可能有其他的宇宙,甚至是充满了反物质的宇宙……。推动这个宇宙变化的动力则来自于著名的公式E=mc2。

在世纪交替之际,美国《时代》周刊将爱因斯坦评选为21世纪最伟大的人物。他创立的相对论,将永远被载入人类的文明史。

相对论又是一个相对艰深、又相对不可思议的理论,在提出这一理论的最初半个世纪,大多数科学家都接受不了它。然而,这一理论所预言的现象却一次又一次被观测和实验所证实。

如何通俗而有效地介绍这一理论,对我们是一次挑战。幸好,多媒体提供了这一手段。它不仅表现力非常丰富,而且具有交互性,又可以上网共享,是实现因材施教和寓教于乐最理想的手段。

为了表现这一主题,我们将光盘的内容分成了5个模块:

(1)光速和以太:声音传播需要空气,光传播似乎也需要有个介质。科学家把它称为“以太”。然而,光速的测量却否认了以太的存在。正是基于这一点,爱因斯坦创立了狭义相对论。在这一单元中,回顾了人类探索宇宙的历程。

(2)时间和空间:空间不再绝对,时间不再永恒。狭义相对论的这一结果动摇了经典物理的根基。却为人类征服太空,提供了理论根据。

(3)质量和能量:在狭义相对论中,质量和能量、电和磁得到了统一。它揭示了太阳燃烧的秘密,打开了核能利用的大门。从此,人类站得更高、看得更远,再不用为地球能源会枯竭而犯愁了。

(4)引力和宇宙:从对引力的思考出发,爱因斯坦又建立了广义相对论。这一理论和它对宇宙的描述更加令人不可思议。正是广义相对论奠定了现代宇宙学的根基。

(5)年表大事记:与本光盘相关的内容,按人物、理论、实验和重大事件等几个方面,以年表的方式排列了出来,以供查阅和检索。

光速不能超越、太空旅行会变年轻、宇宙膨胀、大爆炸理论、光谱红移、黑洞……对这些命题和名词,人们也不再生疏,但总不免心有余悸:这是真的吗?这可能吗?

为了使中学生也能领略这一理论的真谛,我们精心设计了大量的二维和三维动画,其中有些还加上了交互。几乎每一个动画都做过几次修改。

相比动画而言,文字的处理更难。多媒体作品最忌讳过多的文字,可要讲清楚如此复杂的问题,又不得不多饶口舌。唯一的办法就是反复斟酌每一句话、每一个字。努力用最恰当的动态实例,加上生动简洁的语言,讲清那些看似复杂精深的道理。

我们努力这样做了,这也许是我们在此次大奖赛中荣获教育奖的主要原因。

(钱昆明大连理工大学多媒体研究开发中心)

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